Luciferase (Hebrew)

= לוציפראז =



מבוא


לוציפראז הוא שם כללי לאנזימים המשמשים לביולומינסנציה, יצירת אור על ידי בעלי חיים באמצעות ריאקציה כימית בגופם. מגוון יצורים חיים משתמשים בביולומינסנציה המתווכת על ידי לוציפראז למטרות שונות כגון: הבהלת טורפים, משיכת טרף ומציאת בני זוג. 90% מבעלי החיים במעמקי הים הם ביולומינסצנטים, מייצרים הארה ביולוגית, בצורה זו או אחרת. שתי הדוגמאות הידועות ביותר של הארה ביולוגית ביצורים יבשתיים מתבצעות ביצורים שונים ממשפחת הגחליליות. הלוציפראז המוכר ביותר הוא הלוציפראז של הגחליליות הצפון אמריקאיות מהמין המשחררות אור ירוק בעת חמצון הלוציפרין בעזרת ATP ובחיפושיות ממשפחת ה־Phengodidae. יחד עם דוגמאות אלו ישנם עוד חרקים, זחלי חרקים, תולעים טבעתיות, עכבישניים ואף מיני פטריות שידועים כבעלי יכולת הארה ביולוגית. מבנה הלוציפראז של הגחלילית מהמין Photinus pyralis מוצג בצד שמאל. רצף החומצות האמיניות של החלבון מהווה  את המבנה הראשוני שלו הכולל 550  חומצות אמינו (כל חומצה אמינית מיוצגת בצבע שונה), וניתן לזהות את המבנים השניוניים  סלילי אלפא (בירוק)  ומשטחי ביטא (בכחול) של החלבון לוציפראז. מסתו של החלבון כ- 61 קילו דלתון.

ריאקציית הלוציפראז
(סובסטראט ללוציפראז (לוציפרין + ATP + O2 -> 560nm אוקסילוציפרין+ אור + AMP + PPi + CO2

 בריאקציה זו האנזים לוציפראז מזרז את החמצון של הפיגמנט לוציפרין, לעיתים בעזרת ATP, ולבסוף נוצר אוקסילוציפרין, AMP ואור. האזור שקושר ATP (בורוד) תופס את מרבית אורכו של החלבון. קצב הריאקציה בין הלוציפרין והחמצן הוא אטי ביותר בלי נוכחות לוציפראז.

שימושים בהנדסה גנטית
 בהנדסה גנטית קיים שימוש רחב באנזים זה כגן מדווח ביצורים חיים ובתאים חיים לצורך זיהוי ביטוי של גן מסוים. יוצרים מקטע דנ"א הכולל גן רצוי (שאת תפקודו ופעילותו אנו רוצים לחקור) ולצידו גן המקודד לאנזים לוציפראז, מחדירים את המקטע לחיידקים בדרך ייחודית ומגדלים אותם בתנאים מיטביים. אם החיידקים זוהרים בחושך סימן שגן המטרה פועל ואם הם לא זוהרים סימן שהגן לא פועל. חיבור של הגן ללוציפראז לגן אחר יכול לעזור בפענוח מנגנונים המווסתים פעילות של גנים ספציפיים. יצורים חיים אחרים, לרבות צמחים, אשר מבטאים את הגן ללוציפראז יזהרו גם כן בירוק כאשר יוסף להם לוציפרין לדוגמא צמח זוהר.